Откритието е направено с помощта на сложна технология с изкуствен интелект, която е отличена с Нобелова награда
Те са доста странна двойка. Тя е масивна, сферична и неподвижна. Той е малък, има опашка и не спира да плува. А връзката им е от решаващо значение за почти всяко живо същество на Земята. Това са яйцеклетката и сперматозоидът.
Как точно тези две клетки се свързват, дълго време беше загадка. Изследване, публикувано в медицинското списание Cell, обаче променя това. Научният труд се основава на отличена с Нобелова награда технология за изкуствен интелект и показва, че взаимносвързана група от три протеина е ключът, който позволява на сперматозоида и яйцеклетката да образуват едно цяло.
Този основополагащ сноп от вещества е общ за всички животни,
независимо дали става въпрос за риба, или за бозайник. Учените предполагат, че трите протеина може да бъдат открити и при човешкото оплождане.
За тези, които все още не са запознати, животът при почти всички живи същества на Земята започва със сперматозоид, който е достатъчно бърз, за да изпревари всичките си 300 млн. събратя и да успее да си проправи път към клетъчната мембрана на яйцеклетката. По някакъв начин двете клетки се разпознават и се свързват. След това за миг главата на сперматозоида преминава в сърцевината на яйцеклетката, сякаш прекрачва праг на врата. Това, което се образува в този момент, се нарича зигота, която започва да се дели непрестанно, за да даде началото на ембрион.
При предишни изследвания учените са открили четири протеина в сперматозоидите на бозайниците, които присъстват и в тези на рибите и са необходими за оплождането. Но никой не подозирал дали те могат да работят в екип, за да влязат в яйцеклетката и как всъщност го правят.
В новото проучване Андреа Паули, биолог в Изследователския институт по молекулярна патология във Виена, и сътрудници от няколко институции се питат как протеините на сперматозоидите могат да си сътрудничат по време на оплождането.
За да намерят отговор на въпросите си, изследователите използвали нещо, наречено AlphaFold – технология, която тази година получи Нобелова награда за химия. Тя използва изкуствен интелект, за да предскаже формата на даден протеин. С помощта на AlphaFold екипът успял да сравни вече познатите четири сперматозоидни белтъка с огромна база данни
от 1400 други протеина, открити в клетъчните повърхности на тестисите на рибата данио
“Искахме да намерим нещо, за което да знаем, че ще бъде на точното място и в точното време”, казва Виктория Денеке от лабораторията на д-р Паули.
“Дори за AlphaFold това беше предизвикателство. Той работеше в продължение на две или три седмици, като изразходваше почти всички компютърни ресурси на кампуса. Другите хора в сградата не бяха толкова щастливи”, разказва тя.
Накрая AlphaFold прогнозирал, че два от първоначално описаните четири сперматозоидни белтъци ще се свържат един с друг заедно с трети, който досега не бил известен, създавайки своеобразен молекулярен сноп.
Лабораторните експерименти потвърдили предположението на програмата: мъжките риби данио, при които липсвал новооткритият трети протеин, били безплодни. Същото било установено и при мъжки мишки с подобно отклонение. Сперматозоидите им плували нормално, но не можели да се слеят с яйцеклетка. Учените открили и биохимични доказателства, че трите сперматозоидни белтъка работят като едно цяло както при рибата данио, така и при хората.
“Вероятно същият ключов сноп съществува при много (или всички) животни с гръбначен стълб”, казва д-р Паули.
Тя описва това тройно обединение в структурата на сперматозоида като своеобразен ключ, който пасва на “ключалката” на яйцеклетката. При рибите тази ключалка е протеин, наречен Bouncer. Главата на сперматозоида не може да пробие клетъчната мембрана без него.
По-ранни изследвания идентифицираха и подобна
“ключалка” в яйцеклетките на бозайниците,
която се свързва с един от протеините в трипротеиновия сноп. Биохимичното образувание при бозайниците не се казва Bouncer, а Juno.
Това означава, че някъде в историята животните трябва да са развили различни яйчникови белтъци, които да се свързват с протеиновия сноп на сперматозоидите.
“Наистина интересна и странна загадка. Ключалката на яйцеклетката се е променила, но по някакъв начин ключът на сперматозоида е останал същият”, казва д-р Паули.
Амбър Краучунас, репродуктивен биолог от Университета на Делауеър, САЩ, която не е участвала в изследването, определи резултатите от него като “наистина вълнуващи”.
По-рано тази година друга изследователска група независимо използва AlphaFold и прогнозира съществуването на същия трипротеинов сноп при бозайниците.
“Фактът, че две независими групи стигнаха до едни и същи заключения, със сигурност повишава нашата увереност в резултатите”, уточнява д-р Краучунас.
Според нея предстои още работа за разкриване на тайните на оплождането. Например за някои сперматозоидни протеини се знае, че са общи за бозайниците и рибите, но не са част от трипротеиновия ключ. Ще е интересно на учените да разберат какво правят те.
“Това е толкова фундаментален въпрос с толкова малко молекулярни отговори”, заключава д-р Паули.
